Como você controla a formação de gelo em um avião, mesmo quando está em vôo? Jonathan Boreyko, professor associado do Departamento de Engenharia Mecânica, está liderando uma equipe que trabalha com a Collins Aerospace para desenvolver uma abordagem usando o próprio gelo. Em um estudo publicado em Cartas de revisão física , eles criaram um método de degelo que explora como o gelo cresce nas estruturas dos pilares para suspender o gelo à medida que se forma em uma camada mais fácil de remover.

A formação de gelo em aviões pode ser um agravante e um perigo para a saúde. Assistir a um embarque de aeroporto para atrasos por causa do gelo é um território familiar para viajantes de inverno, e o National Transportation Safety Board relata um total de 52 acidentes em voo atribuídos à formação de gelo entre 2010 e 2014, resultando em 78 mortes.

É possível descongelar um avião no aeroporto antes da decolagem, mas os aviões também experimentam quedas bruscas de temperatura e rápida formação de gelo durante o vôo. Uma vez que o gelo se forma nas asas, pode inibir muito a capacidade do piloto de operar a aeronave com segurança. Equipar aviões com a capacidade de remover gelo durante o vôo em altitudes entre 35, 000 e 42, 000 pés forneceriam um melhor conjunto de ferramentas para manter a segurança, os pesquisadores acreditam.

Colocando gelo em um pedestal

A equipe de Boreyko trabalhou sabendo que as gotas de água se comportam de maneiras diferentes, dependendo da superfície. Eles visavam alavancar um princípio conhecido como Lei de Cassie, o que mostra que o ar pode ficar preso sob as gotas de água se as gotas estiverem suspensas no topo de uma estrutura que é irregular e repelente de água. Com uma estrutura que pode prender o ar debaixo d'água neste "estado de Cassie, “os pesquisadores buscaram fazer o gelo formar uma camada com menor adesão à superfície.

Fazer um repelente de água de superfície normalmente requer um revestimento químico que deve ser reabastecido periodicamente, Boreyko explicou, e a superfície irregular também tende a se desgastar com o tempo. A equipe optou por uma abordagem inovadora, com o objetivo de fazer uma superfície repelente de água que não requeira revestimentos químicos frágeis ou saliências ultrafinas. Em vez de, optaram por uma estrutura simples e durável em forma de alumínio, pilares de tamanho milimétrico.

A equipe de Boreyko criou uma série de pilares, cada um com um milímetro de altura por meio milímetro de largura. Os minúsculos pedestais foram usinados em um padrão com um milímetro entre eles. Conforme a temperatura caiu, a geada cresceu preferencialmente no topo dos pilares, resultando em pontas de geada elevadas. À medida que mais água era adicionada, foi absorvido por essa camada de gelo porosa. Quando as gotas de água foram posteriormente impactadas na superfície, eles ficaram presos nos pedestais de gelo.

Essas gotas congelantes criaram pequenas "pontes de gelo, "conforme descrito pelo autor principal Hyunggon Park, que selou as lacunas de ar nos vales entre os pilares de geada. "Ao impactar, as gotas de água congelaram na superfície, fizemos uma observação interessante:as gotas de água estavam sendo capturadas pelas pontas de gelo e construindo pontes de gelo para prender as bolsas de ar embaixo, "Park disse. Com o tempo, um dossel de gelo contínuo e com retenção de ar se formou sobre os pilares com pontas de gelo.

Considerando que outros métodos de degelo ainda podem permitir que uma camada de gelo adira mais diretamente a uma grande área de superfície, essas lacunas de ar aprisionadas fazem com que a folha seja suspensa, diminuindo a quantidade de aderência do gelo à superfície.

"Usando pilares maiores no lugar de nanoestruturas, e pontas de gelo no lugar de um revestimento hidrofóbico, descobrimos que podemos obter o mesmo benefício de prender o ar sob o gelo em formação, evitando as preocupações com a durabilidade, "Boreyko disse." Isso deve tornar nossa abordagem prática para melhorar o degelo em aeronaves ou trocadores de calor. "

Com um vínculo mais fraco, é possível usar as bolsas de ar para empurrar o gelo. Esta será a próxima etapa do processo dos pesquisadores, enquanto a equipe de Boreyko continua a desenvolver seu método.